导读:回溯是常用的算法理论之一,很多规模较大、直接分析较为复杂的问题都可以考虑用回溯求解,例如N皇后问题、骑士周游和走迷宫问题等。本质上,回溯问题是一种优化后的暴力求解,通过及时的剪枝和启发式的寻找最优路径,可以有效加速求解过程。回溯还常常与递归搭配使用。

我们考虑应用回溯求解经典数独问题,描述如下:

编写一个程序,通过已填充的空格来解决数独问题。

一个数独的解法需遵循如下规则:

数字 1-9 在每一行只能出现一次。

数字 1-9 在每一列只能出现一次。

数字 1-9 在每一个以粗实线分隔的 3x3 宫内只能出现一次。

空白格用 '.' 表示。

来源:力扣(LeetCode)37# 解数独

一个有效的数独方案

数独是一个经典的可用回溯+递归求解的问题。在给定初始状态后,通过在空白区域不断尝试1-9中合理的数字,直至完成所有填充即可。

Talk is cheap, let's see the code!

  • 明确初始状态:对于给定数独,查找待填充的空白方格,并用一个栈数据结构保存

def getLocs(board):
    locs = []
    for row in range(9):
        for col in range(9):
            if board[row][col] == '.':
                locs.append((row, col))
    return locs
 
  • 标记出现数字:对数独的9行、9列和9个子块中已出现的数字记录,并保存在字典中

from collections import defaultdict as dd
def getMaps(board):
    rowMap = [dd(int) for _ in range(9)]
    colMap = [dd(int) for _ in range(9)]
    blockMap = [dd(int) for _ in range(9)]
    for row in range(9):
        for col in range(9):
            if board[row][col] != '.':
                num = int(board[row][col])
                rowMap[row][num] += 1
                colMap[col][num] += 1
                bolckIndex = int(row/3)*3+int(col/3)
                blockMap[bolckIndex][num] += 1
    return rowMap, colMap, blockMap
 
  • 递归求解:对于给定状态的数独和空白方格栈,依次尝试填充数字1-9:如果存在一个可行的数字,则在此基础上递归填充下一空白;否则,回溯上一状态,寻求其他解决方案

def fillBoard(board, locs):
    if not locs:
        return True
    row, col = locs.pop()
    bolckIndex, found = int(row/3)*3+int(col/3), False
    for num in range(1, 10):
        if found:
            break
        if not rowMap[row][num] and not colMap[col][num] and not blockMap[bolckIndex][num]:
            rowMap[row][num] = colMap[col][num] = blockMap[bolckIndex][num] = 1
            board[row][col] = str(num)
            found = fillBoard(board, locs)
            rowMap[row][num] = colMap[col][num] = blockMap[bolckIndex][num] = 0
    if not found:
        locs.append((row, col))
    return found
 
  • 主调用程序:完成初始状态,递归求解。由于在递归求解中是直接更改的原数独数组,所以无返回值。

if __name__ == '__main__':
    rowMap, colMap, blockMap = getMaps(board)
    locs = getLocs(board)
    if fillBoard(board, locs):
        print(board)
 
[['5', '3', '4', '6', '7', '8', '9', '1', '2'],
 ['6', '7', '2', '1', '9', '5', '3', '4', '8'], 
 ['1', '9', '8', '3', '4', '2', '5', '6', '7'], 
 ['8', '5', '9', '7', '6', '1', '4', '2', '3'], 
 ['4', '2', '6', '8', '5', '3', '7', '9', '1'], 
 ['7', '1', '3', '9', '2', '4', '8', '5', '6'], 
 ['9', '6', '1', '5', '3', '7', '2', '8', '4'], 
 ['2', '8', '7', '4', '1', '9', '6', '3', '5'], 
 ['3', '4', '5', '2', '8', '6', '1', '7', '9']]
                                    数独是一款填充数字类的游戏,一个数独必须满足如下游戏规则:常见的数独是一个由9个3x3的九宫格组成的,总共有81个小单元格,每个单元格里面通过填充数字1到9,使得整个数独满足其规则,那么这个数独就是一个有效的数独的解。上面就是一个待完成的数独,一个数独可能没有解,也可能具有多个解,例如上面的数独其中一个解就可以如下所示: 下面介绍一下求解数独需要使用到的算法思想,即:递归回溯算法。在解数独的过程里面,我们需要向每一个没有填充数字的单元格中,依次填充数字1到9,判断是否能够使得当前单元格所在行、列、3x..
那么接数独的思路是这样的,在一个空格子中,先从同一列,同一行,小矩阵中排除已有的数字,然后在剩下的数字中先填一个,再到下一个空格子中重复此步骤,如果下一个格子中找不出解,那么说明在之前的步骤中填的数字是不对的,那就回退到之前的格子,换一个数字继续下一
数独可以使用递归回溯算法解决。
什么是回溯算法?
在回溯算法中,您尝试一次构建一个解决方案。如果在某些步骤上可以清楚地知道当前的路径无法导致解决方案,则请返回上一步(回溯)并选.
                                    我们可以考虑按照「行优先」的顺序依次枚举每一个空白格中填的数字,通过递归 + 回溯的方法枚举所有可能的填法。当递归到最后一个空白格后,如果仍然没有冲突,说明我们找到了答案;在递归的过程中,如果当前的空白格不能填下任何一个数字,那么就进行回溯。
由于每个数字在同一行、同一列、同一个九宫格中只会出现一次,因此我们可以使用 \textit{line}[i]line[i],\textit{column}[j]column[j],\textit{block}[x][y]block[x][y] 分别表示第 ii 行,
                                    数独,是源自18世纪瑞士的一种数学游戏。是一种运用纸、笔进行演算的逻辑游戏。玩家需要根据9×9盘面上的已知数字,推理出所有剩余空格的数字,并满足每一行、每一列、每一个粗线宫内的数字均含1-9,不重复。
数独盘面是个九宫,每一宫又分为九个小格。在这八十一格中给出一定的已知数字和解题条件,利用逻辑和推理,在其他的空格上填入1-9的数字。使1-9每个数字在每一行、每一列和每一宫中都只出现一次,所以
                                    递归求解数独(C语言)本程序采用c语言编写,作用是获得一个数独的解。经测试,计算普通数独时间花费不大于0.02秒。 
计算“世界最难数独”时间花费约为0.05秒。 
计算效率中等,有待提高。
输入会自动忽略所有的空格和回车等非数字。输入方便,可以多行分开输入也可以在一行输入。
                                    #includeusing namespace std;void init();void function(int m);int canplace(int row,int col,int c);void outputresult();int a[9][9], maxm = 0;int main(){init();function(0);return 0;}void init(){int i, j;...
                                    编写一个程序,通过填充空格来解决数独问题数独的解法需遵循如下规则数字1-9在每一行只能出现一次。数字1-9在每一列只能出现一次。数字1-9在每一个以粗实线分隔的3x3宫内只能出现一次。(请参考示例图)数独部分空格内已填入了数字,空白格用‘.’表示。...